華意電力是一家專業研發生產三倍頻變壓器的廠家，本公司生產的三倍頻變壓器在行業內都廣受好評，以打造最具權威的“三頻變壓器“高壓設備供應商而努力。1　概述

  鐵磁型的三倍頻變壓器是利用鐵心材料的飽和特性進行變頻和變壓的,其變頻方式是一種傳統的變頻方式。自20世紀50年代以來,在世界各國工業界,三倍頻變壓器的基本電路結構和工作原理已得到了普遍承認。其特點是經濟、可靠、容量大,但變頻倍數較低。鐵磁型的三倍頻變壓器作為感應加熱爐、高速回轉機、X射線發生器、臭氧發生器等裝置的電源得到了廣泛的應用。在分頻輸電系統中,倍頻變壓器也是關鍵的設備。

  鐵磁型的倍頻變壓器的主要問題是效率問題,但國外已有容量6.6MVA、效率高達95%的三倍頻變壓器投入使用的報道[1]。國內從事此方面的研究主要是在20世紀60～ 70年代,近些年沒有見到這方面的文獻報道。倍頻變壓器效率方面的主要結論來自教科書[3],人們普遍認為其效率不夠高,只有60%左右。本文主要對三倍頻變壓器進行了試驗研究,提出了通過開路試驗和短路試驗確定倍頻變壓器等值漏感抗的方法,為倍頻變壓器等值參數的仿真計算提供了驗證的基礎。根據等值內阻抗確定的匹配負載電阻,可得到最大輸出功率。研制的日字形三倍頻變壓器輸出容量為6kVA,效率可達92.5%。該研究成果為進一步優化三倍頻變壓器設計,提高其效率奠定了基礎。

2　三倍頻變壓器的基本結構

  三倍頻變壓器實質上是由三個單相變壓器組成,如圖1a所示。一次繞組為星形聯結,二次繞組為開口三角形聯結。變壓器在高度飽和狀態下運行。對于一次側為星形聯結且中性點不接地的變壓器而言,當鐵心高度飽和時,磁通不再與勵磁電流成比例增長。其波形將發生嚴重畸變,磁通中包含有基波分量和所有奇次諧波。這時,如果將二次側接成開口三角形,則只有三倍頻次的諧波功率輸出,利用此特性就可以構成一個三倍頻變壓器,即在其一次側輸入對稱的三相電流iu、iv、iw,在二次側輸出基波的三倍次電壓,其中主要是三倍頻電壓。圖1b和圖1c分別給出了口字形及日字形兩種鐵心結構,其中口字形的一、二次繞組在兩個側柱上,而日字形的一、二次繞組都是繞在中柱上。

3　三倍頻變壓器漏電感的定義及試驗確定

  短路阻抗和負載損耗的測量是變壓器的例行試驗的主要項目[4]。試驗時,通常使額定電流大的一側繞組如低壓繞組短路,另一側繞組處于額定分接位置,并施加額定頻率的額定電流。此時,瓦特表所指示的數值即為負載損耗,電壓表所指示的數值即為阻抗電壓。

  對于三倍頻變壓器試驗,工作情況與一般變壓器完全不相同。試驗時,一次側必須加適當的電壓使鐵心在飽和狀態下工作,才能產生足夠的三次諧波磁通,才有三次諧波電流輸出,而當鐵心退出飽和區時,則無輸出電流。要使輸出電流等于額定電流,此時的一次電壓已接近額定電壓,因此,此時的損耗值和阻抗電壓已無任何意義。對于在飽和狀態下工作的電器設備,漏電感是一個比較模糊的概念,它的定義取決于如何使用這個參數。文獻中采用的倍頻變壓器的等效電路,如圖2所示。圖中U1、U2、U3為工頻50Hz的一次側三相電源電壓; R1、L1是外接線路電阻及電感,C2為無功補償電容;RL、C0為負載電阻和并聯電容;N1為一次繞組匝數、N2為二次繞組匝數;G1為倍頻變壓器的空載損耗;R3、L3分別為倍頻變壓器的等效電阻和漏電感。顯然,漏電感代表了在能量傳遞中存儲在倍頻變壓器繞組中無法輸出的那一部分能量。

  但是從三倍頻變壓器的試驗數據中仍然能反映出它的一些性能。根據圖2的等效電路,由于R3、L3分別為倍頻變壓器的等效電阻和漏電感,因此漏感抗可用實驗測量的方法確定。按照戴維南定理,任含源網絡,都能用一等效電勢源和一阻抗串聯電路來代替。等效電勢源為該網絡的開路電壓,串聯阻抗是該網絡化為無源網絡時的輸入端阻抗。因此用測量一次側加額定電壓時的開路電壓比短路電流即為等值內阻抗。內阻抗的大小為:

z=(R23+ x2L3)12

  式中R3為等值負載損耗電阻,可用計算方法確定;x13為漏感抗,xL3= 2π fL3;f為三次諧波頻率。根據上述原則,對兩種鐵心結構的三倍頻變壓器進行了等值漏感抗的試驗測定。

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